RU136100U1

RU136100U1 - COMBINED WIND ENGINE

Info

Publication number: RU136100U1
Application number: RU2013133616/03U
Authority: RU
Inventors: Идгай Хасанович Мингазетдинов; Мария Валерьевна Казакова; Наталия Владимировна Валиуллина
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2013-12-27

Abstract

Комбинированный ветродвигатель, содержащий закрепленное на вертикальном полом валу ветроколесо и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла, размещенное над ветроколесом лопастное колесо с валом, расположенным в полости ветроколеса, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аэродинамический пропеллер, ветротурбину, размещенную над лопастным колесом, выполненную в виде симметрично расположенных на валу лопастного колеса, радиальной штанги с L-образными ограничителями на концах и лопастями, которые выполнены эксцентрично с возможностью поворота между сторонами ограничителя, при этом в качестве ветроколеса использован ротор Савониуса, лопасти которого установлены на диске, а лопастное колесо выполнено коническим, установлено и закреплено в кожухе, при этом кожух выполнен в виде конфузора, в цилиндрической части которого установлен аэродинамический пропеллер, причем длина ветротурбины больше диаметра ветроколеса.A combined wind turbine comprising a wind wheel mounted on a vertical hollow shaft and fixed confuser nozzles arranged around its circumference, a blade wheel located above the wind wheel and a shaft located in the cavity of the wind wheel, characterized in that it further comprises an aerodynamic propeller, a wind turbine located above the blade wheel, made in the form of a blade wheel symmetrically located on the shaft, a radial rod with L-shaped stops at the ends and blades, which are made eccentric with the possibility of rotation between the sides of the limiter, while the Savonius rotor is used as a wind wheel, the blades of which are mounted on the disk, and the impeller is conical, mounted and fixed in the casing, while the casing is made in the form of a confuser, in the cylindrical part of which an aerodynamic propeller is installed and the length of the wind turbine is greater than the diameter of the wind wheel.

Description

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для обеспечения экологически чистой энергией разных потребителей. Известны устройства для получения энергии от использования механического потенциала ветра (кн. А. де Роза «Возобновляемые источники энергии»; изд. дом «Интеллект»; М; Издательский дом МЭИ, 2010 - 704 с, гл. 13 Ветроэнергетика, стр. 622-676, рис. 13.1; 13.2; 13.3; 13.4.).The utility model relates to wind energy and can be used to provide clean energy to various consumers. Known devices for generating energy from the use of the mechanical potential of the wind (Prince A. de Rosa "Renewable Energy Sources"; publishing house "Intellect"; M; Publishing House MPEI, 2010 - 704 s, chap. 13 Wind Energy, p. 622- 676, Fig. 13.1; 13.2; 13.3; 13.4.).

Использование ветровой энергии достигается с помощью различных конструктивных схем: лопастной ветротурбины (Рис. 13.1); двухковшовой ветротурбины (Рис. 13.2); ротора Савониуса (Рис. 13.3); горизонтально-осевых и вертикально-осевых машин (Рис. 13.4). Недостатки подобных устройств - низкая эффективность. Повышение эффективности ветротурбин достигается в устройствах, использующих подъемную силу. Недостатком таких устройств является необходимость значительных размеров лопастей и деформация лопастей под действием центробежных сил.The use of wind energy is achieved using various design schemes: a blade wind turbine (Fig. 13.1); two-bucket wind turbine (Fig. 13.2); Savonius rotor (Fig. 13.3); horizontal axis and vertical axis machines (Fig. 13.4). The disadvantages of such devices are low efficiency. Improving the efficiency of wind turbines is achieved in devices using lift. The disadvantage of such devices is the need for significant sizes of the blades and the deformation of the blades under the action of centrifugal forces.

Известен ветродвигатель, содержащий закрепленное на вертикальном полом валу ветроколесо и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла, размещенное над ветроколесом лопастное колесо с валом, расположенным в полости ветроколеса (а.с. №987160, МПК7 F03D 3/04 за 1983 г.)A wind turbine is known that contains a wind wheel mounted on a vertical hollow shaft and fixed confuser nozzles located around its shaft, a blade wheel located above the wind wheel with a shaft located in the cavity of the wind wheel (AS No. 987160, IPC7 F03D 3/04 for 1983)

В этом ветродвигателе, наиболее близком к предлагаемому, низкая эффективность ветродвигателя из-за невозможности использования кинетической энергии отработанного воздуха после лопастного колеса, а так же из-за больших масс ветроколеса и лопастного колеса, требующих значительной ветровой мощности и приводящей к нечувствительности ветродвигателя к малым скоростям ветра.In this wind turbine, which is closest to the proposed one, the low efficiency of the wind turbine due to the impossibility of using the kinetic energy of the exhaust air after the impeller, as well as due to the large masses of the wind wheel and the impeller, requiring significant wind power and leading to insensitivity of the wind turbine to low speeds the wind.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель - повышение эффективности комбинированного ветродвигателя и расширение диапазона работы - с малых скоростей ветрового потока.The technical result, the achievement of which is directed by a utility model - increasing the efficiency of a combined wind turbine and expanding the range of work - from low speeds of the wind flow.

Для достижения этого технического результата ветродвигатель, содержащий закрепленное на вертикальном полом валу ветроколесо и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла, размещенное над ветроколесом лопастное колесо с валом, расположенным в полости ветроколеса, дополнительно содержит аэродинамический пропеллер, ветротурбину, размещенную над лопастным колесом, выполненную в виде симметрично, расположенных на валу лопастного колеса, радиальной штанги, с L-образными ограничителями на концах и лопастями, которые выполнены эксцентрично на одной общей оси с возможностью поворота между сторонами ограничителя, при этом в качестве ротора ветроколеса использован ротор Савониуса, лопасти которого установлены на диске, а лопастное колесо выполнено коническим, установлено и закреплено в кожухе, при этом кожух выполнен в виде конфузора, в цилиндрической части которого установлен аэродинамический пропеллер, причем длина ветротурбины больше диаметра ветроколеса.To achieve this technical result, a wind turbine comprising a wind wheel mounted on a vertical hollow shaft and fixed confuser nozzles arranged around its circumference, a blade wheel located above the wind wheel and a shaft located in the cavity of the wind wheel, further comprises an aerodynamic propeller, a wind turbine located above the blade wheel, made in symmetrically located on the shaft of the impeller, radial rod, with L-shaped stops at the ends and blades, which are eccentrically eccentric on one common axis with the possibility of rotation between the sides of the limiter, while the Savonius rotor is used as the wind wheel rotor, the blades of which are mounted on the disk, and the impeller is conical, mounted and fixed in the casing, while the casing is made in the form of a confuser, in the cylindrical part of which an aerodynamic propeller is installed, and the length of the wind turbine is greater than the diameter of the wind wheel.

Отличительными признаками предлагаемого комбинированного ветродвигателя от указанного выше известного, являются наличие аэродинамического пропеллера, наличие ветротурбины, размещенной над лопастным колесом, выполнение ветротурбины в виде симметрично расположенных на валу лопастного колеса, радиальной штанги с L-образными ограничителями на концах и лопастями, выполненными эксцентрично на одной общей оси, с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси в сегменте 90° между ограничителям вертикальным 8 и ограничителем горизонтальным 9. Центр тяжести лопастей 10 смещен в сторону горизонтального ограничителя 9 и обе лопасти 10 на одной поворотной оси, проходящей через трубчатую штангу 7 и установлены во взаимно перпендикулярных плоскостях, использование в качестве ветроколеса ротора Савониуса, установление лопастей ротора Савониуса на диске, выполнение лопастного колеса коническим, установление и закрепление лопастного колеса в кожухе, выполнение кожуха в виде конфузора, расположение аэродинамического пропеллера в цилиндрической части конфузора, выполнение длины ветротурбины больше диаметра ветроколеса.The distinguishing features of the proposed combined wind turbine from the above known one are the presence of an aerodynamic propeller, the presence of a wind turbine located above the impeller, the design of the wind turbine in the form of a blade wheel symmetrically located on the shaft, a radial rod with L-shaped stops at the ends and blades made eccentrically on one common axis, with the possibility of rotation around a horizontal axis in a 90 ° segment between vertical stops 8 and a limiter horizontally m 9. The center of gravity of the blades 10 is shifted towards the horizontal limiter 9 and both blades 10 are located on the same rotary axis passing through the tubular rod 7 and are installed in mutually perpendicular planes, using the Savonius rotor as a wind wheel, setting the Savonius rotor blades on the disk, performing the blade conical wheels, installing and fixing the impeller in the casing, making the casing in the form of a confuser, the location of the aerodynamic propeller in the cylindrical part of the confuser, performing troturbiny larger rotor diameter.

Благодаря наличию этих признаков при работе комбинированного ветродвигателя дополнительно используется кинетическая энергия отработанного воздуха лопастного колеса ветротурбиной.Due to the presence of these signs during the operation of the combined wind turbine, the kinetic energy of the exhaust air of the blade wheel of the wind turbine is additionally used.

Комбинированный ветродвигатель иллюстрируется чертежами:Combined wind turbine is illustrated by drawings:

На фиг. 1 показан продольный разрез общего вида комбинированного ветродвигателя;In FIG. 1 shows a longitudinal section of a General view of a combined wind turbine;

на фиг. 2 - вид А фиг. 1;in FIG. 2 is a view A of FIG. one;

на фиг. 3 - траектория движения лопастей ветротурбины;in FIG. 3 - the trajectory of the blades of the wind turbine;

на фиг. 4 - лопасть ветротурбины.in FIG. 4 - a blade of a wind turbine.

Комбинированный ветродвигатель (фиг. 1, 2) содержит закрепленное на вертикальном валу 1 ветроколесо 2 и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла 3, размещенное над ветроколесом 2 лопастное колесо 4 с валом 5, расположенным в полости ветроколеса 2. Ветродвигатель снабжен аэродинамическим пропеллером 6, ветротурбиной, размещенной над лопастным колесом 4. Ветротурбина выполнена в виде симметрично, расположенных на валу 5 лопастного колеса 4, радиальной штанги 7 с L-образными ограничителями 8 и 9 на ее концах и лопастями 10. Лопасти 10 выполнены эксцентрично с возможностью поворота между сторонами ограничителей 8 и 9 и находятся на одной поворотной оси 13, проходящей через трубчатую штангу 7. В качестве ветроколеса 2 использован ротор Савониуса, лопасти которого установлены на диске 12.The combined wind turbine (Fig. 1, 2) contains a wind wheel 2 mounted on a vertical shaft 1 and fixed confusor nozzles 3 located on its circumference, a blade wheel 4 located above the wind wheel 2 with a shaft 5 located in the cavity of the wind wheel 2. The wind turbine is equipped with an aerodynamic propeller 6, a wind turbine located above the impeller 4. The wind turbine is made in the form of a radial rod 7 symmetrically located on the shaft 5 of the impeller 4, with a L-shaped limiters 8 and 9 at its ends and blades 10. The blade and 10 are eccentrically rotatable between the sides of the stops 8 and 9 and are located on one rotary axis 13 passing through the tubular rod 7. As a wind wheel 2, a Savonius rotor is used, the blades of which are mounted on the disk 12.

Лопастное колесо 4 выполнено коническим и установлено и закреплено в кожухе 11, а кожух выполнен в виде конфузора, в цилиндрической части которого установлен аэродинамический пропеллер 6. Длина ветротурбины больше диаметра ветроколеса 2.The impeller 4 is conical and installed and fixed in the casing 11, and the casing is made in the form of a confuser, in the cylindrical part of which an aerodynamic propeller is installed 6. The length of the wind turbine is greater than the diameter of the wind wheel 2.

Комбинированный ветродвигатель работает следующим образом. При появлении набегающего потока воздуха с любой стороны, воздушный поток поступает в конфузорные сопла 3, в которых увеличивается его скорость. Поток, затекающий внутрь вогнутой лопасти колеса Савониуса, оказывает дополнительное давление на противоположную лопасть и ротор Савониуса 2 начинает вращаться. Одновременно с этим, набегающий поток воздуха воздействует на лопасти 10 ветротурбины и прижимает его к ограничителю 8 (фиг. 3 - левая лопасть). В связи с тем, что радиальная штанга 7 имеет длину больше, чем диаметр ротора 2 Савониуса, то даже небольшие аэродинамические усилия (при слабом ветре) на лопасти 10 приводят к значительному крутящему моменту на штанге 7 ветротурбины и стартовому раскручиванию всего ветродвигателя. При дальнейшем повороте лопасти 10 сила аэродинамического давления уменьшается и при положении штанги 7 в направлении вектора ветра эта сила равна 0. В этом случае эксцентричное расположение лопастей приводит к повороту лопасти 10 в горизонтальное положение (фиг. 3 правая лопасть) и лопасть 10 упирается в ограничитель 9. В этом положении лопасть 10, находящаяся диаметрально противоположно, за счет поворота штанги 7 поворачивается в вертикальное положение и весь цикл повторяется.Combined wind turbine operates as follows. When there is an oncoming air flow from either side, the air flow enters the confuser nozzles 3, in which its speed increases. The flow flowing into the concave blade of the Savonius wheel exerts additional pressure on the opposite blade and the Savonius 2 rotor begins to rotate. At the same time, the oncoming air flow acts on the blades 10 of the wind turbine and presses it against the limiter 8 (Fig. 3 - the left blade). Due to the fact that the radial rod 7 has a length greater than the diameter of the Savonius rotor 2, even small aerodynamic forces (with weak wind) on the blades 10 lead to significant torque on the rod 7 of the wind turbine and the starting untwisting of the entire wind turbine. With further rotation of the blade 10, the aerodynamic pressure decreases and with the position of the rod 7 in the direction of the wind vector, this force is 0. In this case, the eccentric arrangement of the blades leads to the rotation of the blade 10 in a horizontal position (Fig. 3 right blade) and the blade 10 abuts against the limiter 9. In this position, the blade 10, which is diametrically opposite, due to the rotation of the rod 7 is rotated into a vertical position and the whole cycle is repeated.

Поток воздуха, поступивший через конфузорные сопла 3 на ротор 2 Савониуса, раскручивает его и, обладая кинетической энергией, поступает в полость кожуха 11 и, воздействуя на лопасти колеса 4, создает крутящий момент на валу 5. Конфузорная форма кожуха 11 способствует увеличению скорости движения потока воздуха, который попадая на лопасти пропеллера 6, создает за счет подъемной силы дополнительный крутящий момент на валу 5 и мощность ветроустановки еще больше возрастает.The air flow entering through the confuser nozzles 3 onto the Savonius rotor 2 spins it and, possessing kinetic energy, enters the cavity of the casing 11 and, acting on the blades of the wheel 4, creates a torque on the shaft 5. The confuser shape of the casing 11 increases the speed of the flow air, which getting on the blades of the propeller 6, due to the lifting force creates additional torque on the shaft 5 and the power of the wind turbine increases even more.

Таким образом, объединение в одной установке нескольких факторов использования ветровой энергии - силу аэродинамического сопротивления в роторе 2 Савониуса, силу давления в лопастном колесе 4, подъемную силу пропеллера 6 и силу лопастей 10 ветротурбины значительно повышает коэффициент полезного действия комбинированного ветродвигателя, за счет более полного использования энергии ветра и расширяет возможность использования в широком диапазоне скоростей воздушных потоков.Thus, the combination of several factors of using wind energy in one installation - the aerodynamic drag in the Savonius rotor 2, the pressure in the impeller 4, the lift force of the propeller 6 and the force of the wind turbine blades 10 significantly increases the efficiency of the combined wind turbine, due to more complete use wind energy and expands the possibility of using a wide range of air flow rates.

Полученную энергию вращения вала 1 ветротурбины можно использовать напрямую, или через систему передач, или на привод рабочих машин, или для вращения ротора электрических генераторов.The obtained energy of rotation of the shaft 1 of the wind turbine can be used directly, or through a transmission system, or to drive working machines, or to rotate the rotor of electric generators.

Claims

A combined wind turbine comprising a wind wheel mounted on a vertical hollow shaft and fixed confuser nozzles arranged around its circumference, a blade wheel located above the wind wheel and a shaft located in the cavity of the wind wheel, characterized in that it further comprises an aerodynamic propeller, a wind turbine located above the blade wheel, made in the form of a blade wheel symmetrically located on the shaft, a radial rod with L-shaped stops at the ends and blades, which are made eccentric with the possibility of rotation between the sides of the limiter, while the Savonius rotor is used as a wind wheel, the blades of which are mounted on the disk, and the impeller is conical, mounted and fixed in the casing, while the casing is made in the form of a confuser, in the cylindrical part of which an aerodynamic propeller is installed and the length of the wind turbine is greater than the diameter of the wind wheel.